マクロに量子力学を適用できない理由は何ですか？

下記を読んでなるほどと思ったのですが、疑問が湧きました。
だったら、マクロも量子力学ですればよいのに、と思いました。

＞古典力学が近似の上に成り立っているから
https://syarunikki.com/physics/

マクロに量子力学を適用できない理由は何ですか？

質問者からの補足コメント

• 

  みなさん、回答ありがとうございます！
  
  もしよろしければ、この件について言及している書籍名を追記していただけないでしょうか。
  みさなんの回答内容が多岐に渡るため、このままでは判断できそうにないので…。
  
  
  ちなみに、私が図書館で手に取ってみた限りで、面白そうかな、と思ったのは下記2冊です
  ・「湯川秀樹 物理講義」を読む
  ・世の中ががらりと変わって見える物理の本
  ※質問するばかりなのもどうかと思ったので、書きました。他意はありません

  No.11の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2019/07/24 07:31

No.10 ベストアンサー 回答者： d9win 回答日時： 2019/07/17 09:06

"(同じx方向の)運動量p_xと位置xを掛け合わす順序が変わると値が変わる"とか変わらないというのは"交換関係"と呼ばれてます。

量子力学は運動量と位置について非可換で、古典力学は可換です。
"重ね合わせの原理"は、文字通り効果が足し合わされると言う意味で、相殺されるのは±逆といった特別な場合だけです。
結論として、量子力学はマクロな現象に適用できないと判断するのが妥当であると、私は考えます。しかしながら、そうはっきり言い切っている文献は見たことがありません。例えば銃弾も極めて短い波長の波動であるとの説明が著名な物理学者の教科書にもあります。ところが、それを裏付ける理論が示されていません。万一、そうだとしても何ら利点はありません。そのような場合、新しい考え方を信じるよりも疑問に思う方が賢明な態度であると思います。

なお、1925年頃、ハイゼンベルク、ディラック、シュレーディンガーがそれぞれ考え方が異なる量子力学の理論を発表しました。その頃には、量子力学をどのように解釈するか色んな議論があったのです。そして、ディラックが示した包括的な考え方と、シュレーディンガー方程式を使う計算方法が標準になりました。
さらに、量子力学は第2次大戦後に電磁現象を取り入れた電磁量子力学(QED)に発展しました。朝永振一郎さんがノーベル物理学賞を受けたのは、このQEDの根本問題を解決した為です。
ちなみに、ニュートン力学でも(運動量と位置の方向が異なる場合)には"運動量と位置を掛け合わす順序を変えると値が変わります"。例えば、(p_y x - x p_y)は、原点からx離れた位置にy方向に運動量p_yが存在している状況における、z方向の角運動量を示す式となります。量子力学の運動量と位置が非可換であるのは、両者が同じ方向であることが不思議なのです。

この回答へのお礼

再度の回答ありがとうございました。
改めて物理学は難しくて面白いな、と思いました

お礼日時：2019/07/18 07:47

No.11 回答者： doc_somday 回答日時： 2019/07/23 09:57

適用できない＞できますよ。

できないという誤解は、ニュートン力学とマクスウェル電磁気学を無理に排除するメリットがまるで無いからです。例えば長さを量子論と古典論で測った場合その差を表す方法がありません。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。
補足コメントを追記しました。

お礼日時：2019/07/24 07:31

No.9 回答者： d9win 回答日時： 2019/07/16 09:32

ニュートン力学は原子等のミクロな現象を正しく説明できませんが、エネルギー保存則とか運動量保存則とかは有効です。

ボーアの水素原子モデルはニュートン力学を基にしているので正しくないと云われてますが、彼が導いたリュードベリ定数は極めて正確です。このため、ニュートン力学(古典力学)はミクロな現象に対して近似的に使えると言えます。
しかしながら、引用サイトにあるように”古典力学がマクロな現象に対しても近似の上に成り立っている”ということはありません。ニュートン力学はマクロな現象を正しく説明できます。例えば、はやぶさ2の制御はニュートン力学理論で行われており、量子力学は全く使ってないはずです。正確さを問題にする以前に、人工天体の運動の説明する為には量子力学は全く役に立ちません。
物理学には、数学と異なって、絶対の真理はありません。経験的に(実験として)確かめられたことが全てです。巨大物体の運動について量子力学を使って説明した例はないはずです。すると、マクロな現象に対して量子力学は意味を成してないことになります。
ニュートン力学は、マクロな現象を(近似ではなく)正しく説明できます。ニュートン力学がミクロな現象を十分説明できないからといって、それがマクロな現象に対しても近似であるとは論理的に言えません。

ちなみに、量子力学にはハイゼンベルク、ディラック、シュレーディンガーの流派がありますが、最大の共通点は例えば同じx方向運動量p_xと位置xを掛け合わす順序が変わると値が変わることのようです。すなわちp_x x ≠ x p_x 。正確にはp_x x - x p_x = -i h / 2πになります。どうも、この関係が量子力学の最大の特徴のようです。
ところが、マクロな現象ではp_x x = x p_x であることに間違いありません。このように基本的な振る舞いが異なることは、ニュートン力学で正しく説明できている現象に対しては量子力学が使えないことと整合していると考えます。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

＞引用サイトにあるように”古典力学がマクロな現象に対しても近似の上に成り立っている”ということはありません
＞ニュートン力学は、マクロな現象を(近似ではなく)正しく説明できます
・なるほど、そうなのですね。勘違いしていました

＞量子力学にはハイゼンベルク、ディラック、シュレーディンガーの流派があります
・初めて知りました

＞同じx方向運動量p_xと位置xを掛け合わす順序が変わると値が変わる
・これは重ね合わせ(個々の量子効果が相殺される)ですか？
・それともまた別の概念ですか？

＞基本的な振る舞いが異なることは、ニュートン力学で正しく説明できている現象に対しては量子力学が使えないことと整合していると考えます
・結論としては適用できない、ということですね

お礼日時：2019/07/17 07:06

No.8 回答者： tknakamuri 回答日時： 2019/07/10 13:00

>＞標準理論

>・検索してみましたが良く分かりませんでした
>・古典力学 や 量子力学 と どういう関係ですか

今最も広く認められている量子力学の体系のこと。

QCDとか、ワインバーグサラムとかヒッグス機構とか
幾つかの理論の集合体。
標準模型とも言います。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

回答を読んで新たな疑問が湧いたので、別途質問してみます。

お礼日時：2019/07/11 11:14

No.7 回答者： konjii 回答日時： 2019/07/10 07:37

マクロに量子力学を適用できない理由はありません。

物理学はゲージ変換に対して不変性を基礎に成り立っているからです。
量子力学の波動方程式は、既に計算されていた境界のある、空間の波の方程式です。
それを、ボーア半径まで縮めた空間の波の性質を議論したのを、量子力学と呼びます。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。
内容難しかったのですが、結論としては適用できる、ということですね

お礼日時：2019/07/11 11:01

No.6 回答者： chiha2525 回答日時： 2019/07/10 04:30

実は、正しくなくなるからｗ

古典力学では３体問題と言われました。たった３つで破綻するのです。計算量が多くなるから、とも言われますが、どちらかというと本質的な部分でもあります。
流体力学など、個々の粒子１つ１つを考える変わりに、全体の動きをよりよく表すものを見出すものですね。
そのうちに（気象シミュレートなどの分野で）バタフライ効果なども見つかりました。ほんの少しの初期値の違いで、大きく結果が異なることになるのです。
それとは別にカオス系とか複雑系とか言われていた分野があって、これらが何か物事の本質的なものなのではないかと考えられるようになり、それを”創発”と呼ばれるようになりました。

”創発”は、まだあまり広くは使われていない単語ですので、各分野で微妙に違ったりもしているようですが、基本的には『単純なものが集まると、新しい性質が出てくる』ことを言います。
例えば、水素原子と酸素原子をいくら調べても、それらがくっついた”水”の性質が出てこないようなものです。帰納法的には出てくるはずなのですが、計算できるかどうか分かっていません。

まだはっきり言われていませんが、この”創発”の概念が、今後の科学分野の広い指標になっていくことでしょう。

そういう訳で、実はマクロに量子力学を適用しても、正しいことが保証されていないのが、本当のところなのですｗ

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

＞単純なものが集まると、新しい性質が出てくる
・No.2さんの回答にあった「重ね合わせ」のことですか？
・あるいはまた別の概念ですか？

お礼日時：2019/07/10 07:57

No.5 回答者： yhr2 回答日時： 2019/07/10 00:07

「適用できない」ことはないでしょう。

「適用すると大変」なので「実用的ではない」というだけのことです。

モノを「重さ」で売り買いするのに、いちいち「分子量 × 分子の数」を数えて売り買いすることはしないでしょう。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

＞「適用できない」ことはないでしょう。「適用すると大変」なので「実用的ではない」というだけのことです
・「適用できない」と勘違いしていました
・「適用が実用的ではない」だけの話なのですね

お礼日時：2019/07/10 07:54

No.4 回答者： puyo3155 回答日時： 2019/07/09 22:25

例えば、マクロの物質を考えたとき、その中に、それぞれ、何個の原子がありますか？そして、それは何個の素粒子からなるでしょう。

そのそれぞれに厳密に量子論を適用して、計算することなど、出来ませんね。

なので、比較的安定で、大きさと質量をもった物質が、安定しているという事実をもって、それ以下のスケールのことはさておいて、塊の動きなどを考えるのが、マクロってことですね。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

＞マクロの物質を考えたとき、その中に、それぞれ、何個の原子がありますか？そして、それは何個の素粒子からなるでしょう。そのそれぞれに厳密に量子論を適用して、計算することなど、出来ませんね
・確かにそうですね
・説明分かりやすかったです
・なるほど、と思いました

お礼日時：2019/07/10 07:52

No.3 回答者： Mokuzo100nen 回答日時： 2019/07/09 19:42

要素還元法に限界があるからでさ。

部分と全体！

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

マクロが複雑な事象で
ミクロが単純な要素ということですか？

部分がミクロで全体がマクロ？？

お礼日時：2019/07/10 07:51

No.2 回答者： head1192 回答日時： 2019/07/09 19:24

重ね合わせにより、個々の量子効果が相殺されるからです。

時速１０キロの物体に相対性理論を適用しても計算の労力が増えるだけで得られる結果は全く変わりません。
これは、科学というのは”現実の現象”を対象にしているからであり、現実の現象には常に誤差というのが付きまとうからです。
不必要な精度は、かえってコストを増やすだけなのです。

それと同じことがマクロにおける量子力学にも言えます。
マクロな世界を構成する粒子の数は事実上の無限大です。
それらの量子的振る舞いの一つ一つを求めることは、ほとんど無限大の労力を費やします。
しかもそうして求めた過程は「重ね合わせ」の中に消えてしまい、結局無駄になります。
なら、ニュートン力学は相対論、熱力学、統計力学など、すでにマクロな世界を十分に記述できる理論に計算をゆだねた方が、はるかに現実的なのです。

万能の物理法則はこの世になく、今ある法則はすべて適用条件が定められている法則です。
よく「ニュートン力学は間違っていた」というとんでもない錯誤を目にしますが、違います。
ニュートン力学は「非光速の範囲で最も合理的に物事を説明できる理論」として立派に生き残っています。
量子力学は「原子核より小さい世界において初めて威力を発揮する理論」です。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

＞重ね合わせ
・「シュレーディンガーの猫」の話ですか？

＞個々の量子効果が相殺される
・この内容が私には難しかったです
・重ね合わせると、どうして個々の量子効果が相殺されるか分かりませんでした

お礼日時：2019/07/10 07:48